JP2003142907A - 誘電体共振器、誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、製造容易、安価で且つ高性能な誘電体
ノッチフィルタを得る。 【解決手段】 金属キャビティ１０１ａ〜ｅの内部には
それぞれ誘電体ブロック１０５が保持されており、伝送
線路１０８からはそれぞれＥｃ１〜５の長さをもつｃ．
ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅが引き出されている。各ｃ．ａ．
ｌ．１０６ａ〜ｅの引き出し点の間はそれぞれ長さＥ１
〜４をもつ伝送線路１０８ａ〜ｄとなっている。ｃ．
ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの先端側は、それぞれ金属製キャ
ビティ１０１ａ〜ｅの内部において結合ループ１０７と
接続されている。さらに、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの
伝送線路１０８からの各引き出し点から各ｃ．ａ．ｌ．
１０６および各誘電体共振器と並列にリアクタンス素子
１１０ａ〜ｅが接続されている。以上の構成により、伝
送線路１０８と金属キャビティ１０１ａ〜ｅが結合ルー
プ１０７による電磁界結合を介して互いに接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車電
話や携帯電話などの移動体通信システムの基地局などに
おいて、所望の周波数の高周波信号を選択的に濾波する
誘電体フィルタ、とくに誘電体ノッチフィルタに関する
ものである。また、本発明は、これら誘電体フィルタを
構成する誘電体共振器に関連するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車電話などの移動体通信シス
テムの発達につれて、誘電体共振器を用いた誘電体ノッ
チフィルタおよび誘電体フィルタの需要が伸びている。

【０００３】以下に図面を参照しながら、従来の誘電体
ノッチフィルタの一例について説明する。図２４は従来
の誘電体ノッチフィルタの外観図である。図２４におい
て、２４０１は円柱形の金属製キャビティ、２４０２は
ベース部材、２４０３は周波数調整部材、２４０４は入
出力端子であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であ
る。ここでは５段の誘電体ノッチフィルタを示してい
る。ベース部材２４０２の中には伝送線路が構成されて
おり、各誘電体共振器と電磁界結合してノッチフィルタ
を構成している。図２５は図２４に示す従来の誘電体ノ
ッチフィルタに用いられている誘電体共振器の内部を簡
略的に示したものである。２５０１は誘電体ブロック、
２５０２は電磁界結合のための結合ループである。図２
６は従来の誘電体共振器における、電磁界結合度の調整
機構を示す図であり、調整機構の断面図である。図２６
において、２は誘電体ブロック２５０１を支持する支持
台、４ａは結合ループ２５０２のループ部、４ｂは結合
ループ２５０２の接地部、４ｃは結合ループ２５０２全
体を回転させるためのハンドル、５は結合ループ２５０
２のポールで中心導体５ａおよび絶縁体５ｂからなって
いる。また、ベース部材２４０２は中心導体である伝送
線路７および外部導体８で構成されている。また、９は
伝送線路７を支える絶縁体の支持部材である。また、通
常誘電体ブロック２５０１は支持台２と低融点ガラスを
用いて一体化され、保持されている。

【０００４】以上のような構成の従来の誘電体共振器の
動作原理は、以下の通りである。金属製キャビティ２４
０１の中に誘電体ブロック２５０１と結合ループ２５０
２を保持し伝送線路７と接続すると、金属製キャビティ
２４０１内に電磁界が発生し、共振モードに対応した共
振周波数で共振させることができる。誘電体共振器の電
磁界結合度は、誘電体共振器の電気的な特性を決定する
重要なパラメータである。この電磁界結合度は、ここで
は結合ループ２５０２の断面を横切る磁力線の本数で決
まる。すなわち、従来の技術では、ハンドル４ｃを用い
て機械的に結合ループ２５０２を回転して有効断面積を
変化させ、結合ループ２５０２内を横切る磁力線の数を
調整していた。

【０００５】また、誘電体共振器のインピーダンスを整
合させるために、結合ループ２５０２の電気長は、正確
に４分の１波長に調整されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、以下の欠点があった。

【０００７】（１）結合ループを機械的に回転させる複
雑な機構が必要であり、そのために必要とされる部品点
数が多い。

【０００８】（２）インピーダンス整合をとる手段が限
られており、低い周波数では極端に結合ループが大きく
なる。いっぽう高い周波数では結合ループが小さいため
に、大きな結合度を得ることができない。

【０００９】（３）原理的に、インピーダンス整合がで
きる周波数範囲が狭い。

【００１０】（４）ガラスを溶解させるため誘電体支持
に熱処理が必要で、接着強度が弱く信頼性が低い。

【００１１】その結果、以下の問題点があった。

【００１２】（ａ）振動や衝撃により、容易に結合ルー
プが回転して、電磁界結合度が変化する。

【００１３】（ｂ）製造工程が複雑になる。

【００１４】（ｃ）コストが高くなる。

【００１５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、従来の誘電
体ノッチフィルタに比べ、結合度調整機構が簡単で、か
つ容易に電磁界結合度を調整できる誘電体ノッチフィル
タを提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、製造容易、低損失で
堅牢な誘電体ブロックの支持方法を提供すること、小型
で高性能なキャビティを提供すること、小部品点数で構
成される周波数調整機構を提供すること、および急峻な
ノッチフィルタ特性を得る手法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による誘電体ノッ
チフィルタは、高周波信号を伝送する伝送線路と、伝送
線路の両端に設けられた入力端子および出力端子と、接
地電位を供給する接地導体と、接地導体及び伝送線路に
接続された誘電体共振器とを備えており、さらに、接地
導体及び伝送線路に誘電体共振器と並列に接続されたイ
ンピーダンス手段を備えており、誘電体共振器は、接地
導体に接続されたキャビティと、キャビティ内に設けら
れた誘電体ブロックと、キャビティ内に形成される電磁
界に結合された結合素子と、結合素子を伝送路に接続
し、かつ、電磁界結合の程度を調整する結合調整線路と
を有しており、そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】ある実施の形態では、前記電磁界結合の程
度は、前記結合調整線路の電気長により調整されていて
もよい。

【００１９】ある実施の形態では、前記結合調整線路の
電気長に応じて、前記インピーダンス整合素子のインピ
ーダンス値が調整されていてもよい。

【００２０】ある実施の形態では、前記結合調整線路は
ＴＥＭモード伝送線路から形成され、前記電磁界結合の
程度は、ＴＥＭモード伝送線路と前記接地導体との間に
挿入された誘電体により調整されていてもよい。

【００２１】ある実施の形態では、前記インピーダンス
整合素子が、インダクタであってもよい。

【００２２】ある実施の形態では、前記インダクタが、
空芯コイルであってもよい。

【００２３】ある実施の形態では、前記インピーダンス
整合素子が、キャパシタであってもよい。

【００２４】ある実施の形態では、前記インピーダンス
整合素子が、スタブであってもよい。

【００２５】ある実施の形態では、前記インピーダンス
整合素子が、誘電体基板に設けられた導体パターンによ
り形成されていてもよい。

【００２６】本発明による誘電体ノッチフィルタは、高
周波信号を伝送する伝送線路と、伝送線路の両端に設け
られた入力端子および出力端子と、接地電位を供給する
接地導体と、接地導体及び伝送線路に接続された複数の
誘電体共振器とを備えており、さらに、接地導体及び伝
送線路に複数の誘電体共振器と並列に接続された複数の
インピーダンス手段を備えており、複数の誘電体共振器
のそれぞれは、接地導体に接続されたキャビティと、キ
ャビティ内に設けられた誘電体ブロックと、キャビティ
内に形成される電磁界に結合された結合素子と、結合素
子を伝送路に接続し、かつ、電磁界結合の程度を調整す
る結合調整線路とを有しており、複数の誘電体共振器の
それぞれの共振周波数は、フィルタ中心周波数に関して
対称に分布していることにより、上記目的が達成され
る。

【００２７】ある実施の形態では、前記複数の誘電体共
振器が、第１から第５の誘電体共振器から構成され、前
記入力端子から前記出力端子への向きに、第１から第５
の誘電体共振器が配列されており、第１から第５の誘電
体共振器半導体、それぞれ、Ｆ１からＦ５の共振周波数
を有しており、前記フィルタ中心周波数がｆｏであると
き、Ｆ４＝ｆｏ＋ｄｆ２、Ｆ２＝ｆｏ＋ｄｆ１、Ｆ１＝
ｆｏ、Ｆ５＝ｆｏ−ｄｆ１、Ｆ３＝ｆｏ−ｄｆ２（ただ
し０＜ｄｆ１＜ｄｆ２）なる関係を満たしていてもよ
い。

【００２８】ある実施の形態では、前記第１および前記
第２の誘電体共振器の間と、前記第４および前記第５の
誘電体共振器の間とが、電気長がλ／４×（２×ｍ−
１）より長くλ／４×（２×ｍ−１）＋λ／８より短い
（λは波長、ｍは自然数）伝送線路でそれぞれ接続さ
れ、前記第２と前記第３の誘電体共振器の間および前記
第３と前記第４の誘電体共振器の間とが、電気長がλ／
４×（２×ｍ−１）−λ／８より長くλ／４×（２×ｍ
−１）より短い（λは波長、ｍは自然数）伝送線路でそ
れぞれ接続されていてもよい。

【００２９】本発明の誘電体共振器は、キャビティと、
キャビティ内に固定された誘電体ブロックと、キャビテ
ィ内に形成される電磁界に結合される結合素子とを備え
た誘電体共振器であって、誘電体ブロックには貫通孔が
形成され、貫通穴には誘電体から形成された固定軸が通
され、固定軸の一端は押さえ具でキャビティに留められ
ていることにより、上記目的を達成する。

【００３０】ある実施の形態では、前記誘電体ブロック
はＴＥモードで共振し、前記貫通孔が伝搬軸方向と平行
に設けられていてもよい。

【００３１】ある実施の形態では、前記固定軸にねじが
切られ、前記押さえ具が樹脂製ナットであってもよい。

【００３２】ある実施の形態では、前記樹脂製ナット
に、前記貫通孔と嵌合する凸部が設けられていてもよ
い。

【００３３】ある実施の形態では、前記樹脂製ナットと
前記誘電体ブロックとの間に、前記貫通孔と嵌合する凸
部が設けられた樹脂製ワッシャが挟まれていてもよい。

【００３４】ある実施の形態では、前記貫通孔の直径が
前記固定軸の直径より大きく、前記誘電体ブロックと固
定軸との間に隙間が設けられていてもよい。

【００３５】ある実施の形態では、前記固定軸に、貫通
孔が設けられた支持台が通され、前記誘電体ブロックが
支持台により支持されていてもよい。

【００３６】本発明の誘電体共振器によれば、誘電体で
形成されたボルトと、貫通孔を有するボルト押さえ板
と、貫通孔を有する支持台と、貫通孔を有する誘電体ブ
ロックと、キャビティを具備し、ボルトに該ボルト押さ
え板と支持台と誘電体ブロックとが順番に通しナットで
留められて共振器ユニットが構成されると共に、共振器
ユニットがキャビティに固定されていることにより、上
記目的を達成する。

【００３７】ある実施の形態では、前記共振器ユニット
が取り付けられる前記キャビティの部分の厚さが、前記
ボルトの頭部より厚く、ボルトの頭部を通す開口部が設
けられ、前記ボルト押さえ板で開口部が塞がれていても
よい。

【００３８】本発明の誘電体共振器によれば、直径ｄ、
高さｈの円柱形または円筒形の誘電体ブロックと、幅
Ｗ、奥行きＤ、高さＨの直方体形の金属製キャビティを
具備し、誘電体ブロックは金属製キャビティの中央部近
傍に保持され、奥行きＤの直径ｄに対する比が1.3以上
2.0以下、幅Ｗの直径ｄに対する比が2.0以上4.0以下、
幅Ｗの奥行きＤに対する比が1.2以上2.5以下であること
により、上記目的を達成する。

【００３９】ある実施の形態では、前記金属製キャビテ
ィの内部において前記幅Ｗと前記高さＨで規定される前
記金属製キャビティの２つの面のいずれか、または各々
の面と前記誘電体ブロックとの間に少なくとも一つの結
合ループまたは結合プローブが設けられ、誘電体ブロッ
クと電磁界結合されていてもよい。

【００４０】ある実施の形態では、前記金属製キャビテ
ィの内部において前記奥行きＤと前記高さＨで規定され
る前記金属製キャビティの２つの面のいずれか、または
各々の面と前記誘電体ブロックとの間に少なくとも一つ
の結合ループまたは結合プローブが設けられ、誘電体ブ
ロックと電磁界結合されていてもよい。

【００４１】ある実施の形態では、前記誘電体ブロック
の円周方向が金属帯によって上下に長方形の開口部をも
つように取り囲まれ、金属帯の両端が溶接、半田鑞付
け、銀鑞付けまたは噛み合わせによって接合され、前記
金属製キャビティが構成されていてもよい。

【００４２】本発明の誘電体フィルタによれば、前記誘
電体共振器が、奥行きＤ方向に並べて固定されており、
誘電体共振器の間が電気的に接続されていることによ
り、上記目的を達成する。

【００４３】本発明の誘電体フィルタによれば、直径
ｄ、高さｈの円柱形または円筒形のＮ個（Ｎは２以上の
整数）の誘電体ブロックと、幅Ｗ、奥行きＮ×Ｄ、高さ
Ｈの１個の直方体形の金属製ケースと、（Ｎ−１）個の
幅Ｗ、高さＨの金属製仕切板とを具備し、金属製仕切板
で金属ケースが長さ方向について実質的に等間隔に仕切
られることで幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨの直方体形のキャ
ビティが構成され、前記誘電体ブロックは前記キャビテ
ィの中央部近傍に保持され、奥行きＤの直径ｄに対する
比が１．３以上２．０以下、前記幅Ｗの前記直径ｄに対
する比が２．０以上４．０以下、前記幅Ｗの前記奥行き
Ｄに対する比が１．２以上２．５以下であることによ
り、上記目的を達成する。

【００４４】本発明の誘電体共振器によれば、キャビテ
ィと誘電体ブロックと結合電極と周波数調整部材とロッ
クナットと固定ネジとを具備し、キャビティは周波数調
整部材のネジと螺合する第１のネジ孔を有し、ロックナ
ットは周波数調整部材のネジと螺合する第２のネジ孔と
固定ネジと螺合する第３のネジ孔とを有し、キャビティ
の中央部近傍に誘電体ブロックが保持され、誘電体ブロ
ックと結合電極とは電磁界結合され、第１のネジ孔に周
波数調整部材を通して周波数調整部材がキャビティに取
り付けられ、ロックナットの第２のネジ孔をキャビティ
の外側から周波数調整部材に通し、固定ネジが第３のネ
ジ孔を通して締められ、周波数調整部材がキャビティに
固定されていることにより、上記目的が達成される。

【００４５】ある実施の形態では、前記キャビティが、
さらに前記固定ネジと螺合する第４のネジ孔を有し、固
定ネジが第４のネジ孔を通して締め付けられ、前記周波
数調整部材が前記キャビティに固定されていてもよい。

【００４６】本発明によれば、第１の構成の誘電体ノッ
チフィルタは、誘電体ノッチフィルタの誘電体共振器と
伝送線路の結合度調整を電気的な手法でおこなってい
る。具体的には、金属製キャビティと一端が電気的に接
地された結合ループと前記金属製キャビティの中央部に
保持された誘電体ブロックとを具備した１つ以上の誘電
体共振器を、両端に入出力端子を有する伝送線路に引き
出し線路となる結合度調整線路（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａ
ｄｊｕｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅ；ｃ．ａ．ｌ．）を介して
接続している。前記ｃ．ａ．ｌ．の電気長を変化させる
ことによって、誘電体共振器の電磁界結合度が調整され
る。

【００４７】また、本発明の第２の構成によれば、イン
ピーダンス整合のために、前記伝送線路と前記ｃ．ａ．
ｌ．とが接続されている点から、前記誘電体共振器と並
列にインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子の
いずれかを接続している。

【００４８】また、本発明の第３の構成によれば、誘電
体ノッチフィルタの誘電体ブロックの保持構造が、絶縁
体で形成されたボルトと、貫通孔を有するボルト押さえ
板と、貫通孔を有する支持台と、貫通孔を有する誘電体
ブロックと、キャビティを具備している。前記ボルトに
前記ボルト押さえ板と前記支持台と前記誘電体ブロック
とを順番に通しナットで留めて共振器ユニットを構成す
ると共に、前記共振器ユニットを前記キャビティに固定
している。

【００４９】また、本発明の第４の構成によれば、誘電
体ノッチフィルタの金属製キャビティは、直径ｄ、高さ
ｈの円柱形もしくは円筒形の誘電体ブロックと、幅Ｗ、
奥行きＤ、高さＨの直方体形の金属製キャビティを具備
している。前記誘電体ブロックは前記金属製キャビティ
の概中央部に保持し、前記奥行きＤの前記直径ｄに対す
る比を１．３以上２．０以下、前記幅Ｗの前記直径ｄに
対する比を２．０以上４．０以下、前記幅Ｗの前記奥行
きＤに対する比を１．２以上２．５以下としている。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。

【００５１】図１は、本発明による誘電体ノッチフィル
タの実施の形態の外観図である。本実施の形態の誘電体
ノッチフィルタは、５つの誘電体共振器を有し、各誘電
体共振器は、箱型の金属製キャビティ１０１ａ〜ｅ、共
振周波数を調整するためのチューニングスクリュー１０
４ａ〜ｅ、誘電体ブロック１０５ａ〜ｅ、結合ループ１
０７ａ〜ｅ、支持部材１０９ａ〜ｅを有する。１０２は
内部に伝送線路の内導体を保持する伝送線路ハウジング
であり、１０３は入出力ポートである。金属製キャビテ
ィ１０１ａ〜ｅは、その内部に、誘電体ブロック１０５
ａ〜ｅ、結合ループ１０７ａ〜ｅを有している。

【００５２】図２は、金属製キャビティ１０１ａ〜ｅの
蓋部を取り除くことにより、図１に示された本実施の形
態のノッチフィルタの内部構造を示すとともに、伝送線
路ハウジング１０２の内部の電気的な接続をも示してい
る。金属キャビティ１０１ａ〜ｅの内部には、それぞれ
支持部材１０９ａ〜ｅによって支持された誘電体ブロッ
ク１０５ａ〜ｅおよび結合ループ１０７ａ〜ｅがある。
また、伝送線路１０８には、それぞれＥｃ１〜５の長さ
をもつｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの端部が接続されてい
る。各ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの接続点の間は、それ
ぞれ長さＥ１〜４をもつ伝送線路１０８ａ〜ｄとなって
いる。ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅのもう一方の端部は、
それぞれ金属製キャビティ１０１ａ〜ｅの内部におい
て、結合ループ１０７ａ〜ｅと接続されている。さら
に、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅが伝送線路１０８に接続
されている各点において、リアクタンス素子１１０ａ〜
ｅが、各ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅおよび各誘電体共振
器と並列に接続されている。リアクタンス素子１１０ａ
〜ｅは、各誘電体共振器のインピーダンスを整合させる
ために接続されている。以上の構成により、伝送線路１
０８と誘電体ブロック１０５ａ〜ｅとが、結合ループ１
０７による電磁界結合を介して互いに接続されている。

【００５３】図３に、本ノッチフィルタの等価回路を示
す。上述の誘電体共振器は、それぞれ図３に示される直
列共振回路で表現され、本発明の誘電体フィルタは、特
定の周波数の信号を除去する帯域阻止フィルタ（ノッチ
フィルタ）となる。また、結合ループ１０７ａ〜ｅによ
る電磁界結合度を変化させることにより、図３における
共振回路を構成する等価回路パラメータ（Ｌｎ、Ｃｎ、
Ｒｎ、ただしｎ＝１、…、５）を変化させることができ
る。また、等価回路パラメータおよび長さＥ１〜４を適
当な値に設定することにより、所望のノッチフィルタ特
性が得られる。

【００５４】本発明の特徴は、誘電体共振器の電磁界結
合度を調整する方法として、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅ
を採用することにより、その長さＥｃ１〜５と、リアク
タンス素子１１０ａ〜ｅの値とを変化させる方法を用い
たことにある。ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの長さＥｃ１
〜５およびリアクタンス素子１１０ａ〜ｅの値によっ
て、等価回路パラメータを調整できることを以下に図面
および実験データを用いて説明する。

【００５５】まず、リアクタンス素子１１０ａ〜ｅの役
割について説明する。リアクタンス素子１１０ａ〜ｅ
は、誘電体共振器のインピーダンス整合をとるための素
子である。理想的な共振器は、共振点からじゅうぶん離
れた周波数において、リアクタンス成分をもたない。言
い換えると、誘電体共振器を理想的な共振器として動作
させるには、共振点からじゅうぶん離れた周波数におい
て、リアクタンス成分がキャンセルされる必要があり、
リアクタンス素子１１０ａ〜ｅはこのためのものであ
る。

【００５６】図４は、直列共振回路に並列にリアクタン
ス素子４０１を接続した回路を示している。図５（ａ）
〜（ｃ）は、図４の回路において、リアクタンス素子４
０１のリアクタンス値を変化させて、回路全体のインピ
ーダンスを誘導性（インダクティブ）から容量性（キャ
パシティブ）へと変化させたときの反射特性（以下Ｓ１
１という）および伝達特性（以下Ｓ２１という）を示し
ている。図５（ａ）は誘電体共振器が誘導性である場
合、図５（ｂ）は誘電体共振器が誘導性でも容量性でも
ない場合、すなわちインピーダンスが整合された場合、
図５（ｃ）は誘電体共振器が容量性である場合を示す。
図５（ａ）および（ｃ）に示されるように、誘電体共振
器のインピーダンスの整合がとれていないと、共振周波
数に対して、Ｓ１１もＳ２１も非対称であり、誘電体共
振器は、理想的な共振器として動作しない。そこで、誘
電体共振器のインピーダンスが誘導性または容量性であ
る場合（図５（ａ）または（ｃ））には、誘電体共振器
と並列にリアクタンス素子１１０を接続することによっ
て、誘電体共振器のもつ誘導性または容量性をキャンセ
ルし、インピーダンスが整合された状態（図５（ｂ））
が実現できる。誘電体共振器のインピーダンスを整合さ
せるためには、誘電体共振器が誘導性のときにはリアク
タンス素子１１０は容量性とし、また誘電体共振器が容
量性のときにはリアクタンス素子１１０は誘導性とす
る。

【００５７】次に、伝送線路の先につながれた直列共振
回路にリアクタンス素子を並列に接続したときのインピ
ーダンスについて説明する。例えば図６（ａ）に示すよ
うに、長さゼロ（電気長ゼロ）の伝送線路の先に直列共
振回路を接続する。このときの直列共振回路のスミスチ
ャート上の周波数軌跡は図７中の点線で示したものとな
る。このときの直列共振回路の回路パラメータと図７中
の軌跡の関係を以下に説明する。図７において、ｆ０は
誘電体共振器の共振周波数、ｆ１およびｆ２は誘電体共
振器のリアクタンス成分の絶対値が外部負荷と等しくな
る周波数である。このとき、誘電体共振器の外部Ｑ値
（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑ）Ｑｅｘｔは、数式１で得られ
る。

【００５８】 Ｑext＝ｆ0／（ｆ1−ｆ2） ・・・（数式１） さらに、Ｑextと図６（ａ）に示す等価共振回路定数の
関係は、数式２で得られる。

【００５９】 Ｌｒ＝Ｑext×ＺL／２πｆ0 Ｃｒ＝１／（２πｆ0）2／Ｌｒ Ｒｒ＝２πｆ0Ｌｒ／Ｑu ただし、ＺＬは負荷インピーダンス Ｑｕは誘電体共振器の無負荷Ｑ値 Ｌｒ、Ｃｒ、Ｒｒは図６（ａ）に示した直列共振回路定数 ・・・（数式２） 誘電体共振器の結合度を大きくすると（ｆ１−ｆ２）の
値が大きくなり（つまり帯域が広くなり）、Ｑｅｘｔの
値は小さくなる。

【００６０】さらに、図６（ｂ）のように線路長Ｌｅの
伝送線路を接続すると、図７のスミスチャート上で、点
線から４πＬｅ／λ（λは波長）ラジアンだけ回転した
一点破線に移動する。さらにインピーダンス整合をとる
ために図６（ｃ）のように、直列共振回路に並列にリア
クタンス素子、ここではインダクタＬｓを接続すると、
図７のスミスチャート上では等コンダクタンス上を（１
／ωＬｓ）だけ動いて実線に移動する。このときの共振
特性は、図６（ｃ）中に示したようにＬ，Ｃ，Ｒの直列
共振特性となる。

【００６１】このときのＱｅｘｔ’は、 Ｑext’＝ｆ0’／（ｆ3−ｆ4） ・・・（数式３） ここで、ｆ０’は共振周波数、ｆ３およびｆ４は図７の
実線で示した共振特性において、リアクタンス成分の絶
対値と外部負荷値が等しくなった周波数である。図７か
らわかるように、（ｆ１−ｆ２）に比べて（ｆ３−ｆ
４）のほうが大きくなっている。言い換えれば、図６
（ａ）の場合に比べ、図６（ｃ）のほうが帯域が広い。
このように共振回路のインピーダンスを変化させること
ができる。つまり、共振回路を誘電体共振器で構成すれ
ば、上述の操作で電磁界結合度を調整することができ
る。

【００６２】以上のことを実験的に確認したので、図
８、図９および図１０を参照して、説明する。図８は、
実験に用いた誘電体共振器の回路を示している。この回
路は、前述した５段の帯域阻止フィルタで用いた誘電体
共振器の１段分に相当し、任意長の伝送線路１０８およ
び入出力ポート１０３が接続された１段の帯域阻止フィ
ルタである。また、誘電体共振器のインピーダンスを整
合させるために、ｃ．ａ．ｌ．１０６と伝送線路１０８
との接続点から、誘電体共振器と並列にリアクタンス素
子１１０が接続されている。図９は、図８に示す誘電体
共振器の等価回路を示す。ここで用いたｃ．ａ．ｌ．１
０６の長さＥｃは６６、６８、７０および７２ｍｍであ
る。また、実験に用いたキャビティ１０１は、内寸１０
８Ｗ×１４０Ｄ×１１０Ｈ（ｍｍ）であり、側面部は銅
メッキされた鉄、天井部および底面部はアルミでできて
いる。誘電体ブロック１０５は外径６２ｍｍ、高さ４０
ｍｍ、比誘電率３４である。誘電体ブロックは、外径３
５ｍｍ、高さ３０ｍｍの９６％アルミナ製支持台１０９
によって支持されている。結合ループ１０７は、６５０
ｍｍ２の断面をもち、キャビティ１０１の幅（Ｗ）方向
側面部の中央に水平に取り付られている。

【００６３】図１０は、誘電体共振器の等価回路パラメ
ータのインダクタンス値Ｌとｃ．ａ．ｌ．の長さＥｃと
の関係を実験で調べた結果である。縦軸はＬの値、横軸
はＥｃである。ここで、縦軸は誘電体共振器の電磁界結
合度に対応しており、Ｌの値が小さいほど電磁界結合度
は大きい。図１０に示すように、伝送線路長が６６ｍｍ
から７２ｍｍまで変化すると、Ｌの値は１０．３×１０
−６（Ｈ）から６．７×１０−６（Ｈ）まで変化するこ
とがわかった。Ｌの値は、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さＥ
ｃ（ｍｍ）に対してほぼ直線的に変化するが、さらに厳
密に２次式で近似すると数式４のようになる。

【００６４】 Ｌ＝78.097−1.4266Ｅｃ＋6.0531×10-3Ｅｃ2 （×10-6(H)） ・・・（数式 ４） 以上、結合ループの有効断面積を機械的に変化させなく
ても、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さＥｃを変えることによ
り、電気的に共振回路の回路パラメータを変化できるこ
とを実験でも確認した。特に、図２に示す本実施の形態
の構成において、必ずｃ．ａ．ｌ．１０６は必要であ
り、これを誘電体共振器のインピーダンス変換（電磁界
結合度調整）に積極的に利用したことが、本発明の最大
の特徴である。数式３で示したＬとＥｃの関係は、あく
まで上記の寸法のキャビティや結合ループ、誘電体ブロ
ックを用いた場合の一例である。しかし、異なる形状の
キャビティや結合ループ、誘電体ブロックを用いても、
誘電体共振器の回路パラメータをｃ．ａ．ｌ．の長さで
変化させることが可能である。

【００６５】また、本実施の形態において、ｃ．ａ．
ｌ．１０６ａ〜ｅの長さＥｃ１〜５の調整方法として、
以下に示す方法がある。第１の方法として、図１１およ
び図１２に示すパターンを印刷した基板を用いてｃ．
ａ．ｌ．として用いることができる。図１１のパターン
の一部を削り取ることにより、電流の流れる経路が変化
し、電気長が変化する。図１２においては、長いパター
ンと短いパターンとが並列に接続されている。

【００６６】したがって、パターンを削り取らない状態
では、電流は主に短いパターンを流れる。短いパターン
を切断すれば、電流は長いパターンを流れるようになる
ので、電気長が変化する。これらの方法は、機械的信頼
性も高く、極めて簡便に長さを変化させることができ
る。基板としては、アルミナ基板、ポリテトラフルオロ
エチレン基板、ガラスエポキシ基板などが用いられ、そ
の大きさは、例えば縦３０〜５０ｍｍ、横２０〜３０ｍ
ｍのものが用いられる。パターンの材料としては、銅な
どが用いられ、パターンの幅は例えば５ｍｍである。

【００６７】また、基板上にはｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜
ｅの電極パターンだけではなく、インピーダンス整合素
子１１０ａ〜ｅも同時に構成することができ、部品の少
数化を図ることができる。

【００６８】第２の方法として、図１３に示すように、
ｃ．ａ．ｌ．１０６の導体の周りに誘電体を近づけた
り、もしくは周りの誘電体を交換する方法がある。この
場合には、線路の電気長Ｅｃｅは線路周りの誘電体の実
効誘電率εを用いて数式５で与えられる。

【００６９】 Ｅｃｅ＝Ｅｃ×ε1/2 （数式５） すなわち、伝送線周りの誘電体に誘電体を近づけたり、
誘電体を交換したりすることによって伝送線の電気長Ｅ
ｃｅを変化させることができる。この方法によれば、不
要な削り屑を発生させることなく、また正確に電気長を
調整することができる。

【００７０】特記すべきことは、リアクタンス素子の接
続位置である。本実施の形態のように２段以上の多段ノ
ッチフィルタを構成する場合、リアクタンス素子１１０
は、伝送線路１０８とｃ．ａ．ｌ．１０６とが接続され
ている点で接続されることが好ましい。なぜなら、伝送
線路１０８からみると、ｃ．ａ．ｌ．１０６から誘電体
ブロック側、すなわち伝送線路１０８とｃ．ａ．ｌ．１
０６の接続点より誘電体ブロック側が、誘電体共振器と
みなされるからである。また、リアクタンス素子１１０
は、その誘電体共振器のインピーダンスを整合させるた
めのものである。仮にｃ．ａ．ｌ．１０６の接続点では
ない点においてリアクタンス素子１１０を接続すること
によってインピーダンスを整合させたとしても、等価的
には伝送線路１０８に整合のとれた誘電体共振器が
「点」で接続されていないことになる。多段の誘電体共
振器を用いてノッチフィルタを構成するときは、それぞ
れの誘電体共振器が接続されている間の伝送線路の長さ
（例えば図３におけるＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４）は、イ
ンピーダンスインバータの役割をはたし、この値は、ノ
ッチフィルタ設計において重要なパラメータである。よ
ってリアクタンス素子１１０を、ｃ．ａ．ｌ．１０６と
伝送線路１０８との接続点に接続することによって、所
望のインピーダンスインバータをｃ．ａ．ｌ．１０６そ
れぞれの接続点の間の電気長として実現できる。その結
果、設計通りのノッチフィルタ特性を得ることができ
る。

【００７１】なお、リアクタンス素子１１０としては、
例えば空芯コイル、平行平板キャパシタ、伝送線スタブ
などが用いられる。リアクタンス素子１１０として空芯
コイルを用いるときは、空芯コイルを変形させることに
より、誘電体共振器のインピーダンス特性を容易に調整
することができる。

【００７２】本実施の形態において、結合ループ１０７
の長さを、４分の１波長もしくは４分の１波長の奇数倍
の長さよりも８分の１波長以下の長さだけ長く設定する
ことができる。その結果、結合ループ１０７の開放端側
にインダクタを並列に接続して、誘電体共振器のインピ
ーダンスを整合させることができ、その方法がきわめて
容易となる。

【００７３】本実施の形態における誘電体ブロック１０
５を金属製キャビティ１０１に保持する方法について図
面を参照しながら説明する。図１４は、誘電体ブロック
１０５を金属製キャビティに保持する方法を示した図で
あり、誘電体ブロック１０５の中心部を通る断面を描い
たものである。図１４において、１０５は円筒形で、支
持台１０９が入る凹部１４０５を有する誘電体ブロッ
ク、１０９は円筒形の支持台、１４０１、１４０２およ
び１４０３は、それぞれ樹脂製のボルト、ナットおよび
ワッシャである。１４０４は中央にボルトを通す穴の開
いた押さえ板、１４０６は押さえ板を取り付けるための
固定用のビスである。ボルト１４０１は、押さえ板１４
０４、支持台１０９、誘電体ブロック１０５、ワッシャ
１４０３、ナット１４０２の順に通されて、これらを一
体化する。ワッシャ１４０３は、誘電体ブロック１０５
の位置決めのために、誘電体ブロック１０５の貫通孔に
合致する凹部１４０５を有している。また、金属製キャ
ビティ１０１には、ボルト１４０１の頭が納まる穴と押
さえ板１４０４を留めるビス１４０６の通る穴とが設け
られている。

【００７４】以上の構成により、誘電体ブロック１０５
と支持台１０９とを一体化でき、金属キャビティ１０１
への固定が容易になる。また、本実施の形態による誘電
体ブロックの保持方法によれば、金属製キャビティ１０
１内に発生する電磁界において磁界密度が低い誘電体ブ
ロック１０５の中心部を、ボルト１４０１を通して固定
している。その結果、共振回路のＱ値を高くできる。ま
た、ボルト１４０１、ナット１４０２およびワッシャ１
４０３の材料としては、誘電率の小さい材料を用いるこ
とが、Ｑ値を高くするためには、好ましい。具体的に
は、Ｑの値と、機械的強度とを考慮すると、ポリカーボ
ネイト、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレンも
しくはこれらのガラス混合材を用いることが好ましい。

【００７５】また、支持台１０９の材料として、比較的
誘電率の小さい材料を用いれば、金属製キャビティ１０
１の底面付近における磁束密度を小さくできるので、よ
りＱの高い誘電体共振器が実現できる。支持台１０９の
材料としては、誘電体ブロック１０５の誘電率（３０か
ら４５）の３分の１以下の誘電率の材料、たとえばアル
ミナ、マグネシアもしくはフォルステライト（誘電率約
１０）などを用いることができる。また、金属製キャビ
ティ１０１にボルト１４０１の頭の納まる穴を設け、さ
らに取付位置の肉厚をボルト１４０１の頭の厚みより厚
くすることにより、金属キャビティ１０１表面からの突
起部をなくすことができる。それにより、フィルタ本体
の移動の際に、応力がボルトに直接加わることが防げ
る。その結果、誘電体ブロックの位置ずれや、ボルトの
物理的破損を防ぐことができる。

【００７６】また、誘電体ブロック１０５の下部にザグ
リを入れ、かつ、ワッシャ１４０３の中央部に凸部を設
けることにより、キャビティ１０１に対する誘電体ブロ
ック１０５の位置決めが容易かつ正確になる。その結
果、共振周波数や結合度のばらつきを防ぐことができ
る。

【００７７】なお、ＴＥモードの電磁界共振モードを用
いたときには、誘電体ブロック１０５に設けてある、伝
搬軸方向と平行な貫通孔にボルト１４０１を通しワッシ
ャ１４０３およびナット１４０２で留めることにより、
誘電体ブロック１０５を金属製キャビティ１０１に固定
することができる。そうすることにより、ボルト、ワッ
シャおよびナットによるＱの劣化を最小にすることがで
きる。

【００７８】本実施の形態において用いることができる
金属製キャビティ１０１について、図１５を参照しなが
ら説明する。図１５は本実施の形態における金属製キャ
ビティ１０１および誘電体ブロック１０５の形状を示し
ている。金属製キャビティ１０１は、幅（Ｗ）×奥行き
（Ｄ）×高さ（Ｈ）の直方体である。１５０１は蓋であ
る。

【００７９】無負荷時のＱの値Ｑuに関して、従来の円
柱形キャビティと、本発明の実施の形態における箱型の
キャビティとの比較を行う。本発明の実施の形態に対応
する箱型のキャビティを用いた誘電体ノッチフィルタと
従来の円柱形のキャビティを用いた誘電体ノッチフィル
タとを比較するために、同一の誘電体ブロックを用いて
Ｑuを実測した結果を（表１）に示す。

【００８０】

【表１】

【００８１】（表１）において、Ａは１２０×１６０×
１１０ｍｍ、Ｂは１００×１６０×１１０ｍｍ、Ｃは１
２０×１２０×１１０ｍｍ、Ｄは１００×１２０×１１
０ｍｍの箱型キャビティを用いたときの本発明の誘電体
ノッチフィルタであり、Ｅは１４０φ×１０５ｍｍ、Ｆ
は１２０φ×７２ｍｍの従来の円柱形キャビティ用いた
ときの誘電体ノッチフィルタである。また、誘電体ブロ
ックは、比誘電率３３．４、高さｈ３０ｍｍ、外径ｄ６
０ｍｍφ、誘電素体Ｑ値５３０００のものである。（表
１）の結果からわかるように、Ｅのキャビティを用いた
ときのＱｕ値（３９０００）よりも、本発明の実施の形
態のキャビティすなわち、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのキャビ
ティを用いたときのすべての場合におけるＱｕ値の方が
優れていることがわかる。また体積比の点でも、本発明
の実施の形態のノッチフィルタの方が小さく優れてい
る。

【００８２】これまで、誘電体共振器のＱは、誘電体ブ
ロックと最短距離となる金属製キャビティの壁が支配的
であり、言い替えると、同じ誘電体ブロックを用いたと
きには誘電体ブロックと金属製キャビティとの最短距離
によってＱが決定されると考えられていた。ところが、
本発明の実施の形態で示したように、キャビティを直方
体型にすることにより、キャビティ内に発生する電磁界
がキャビティの長手方向に変位した状態となる結果、誘
電体ブロックとキャビティとの距離が短くなっても、電
磁界が長手方向に逃げるので、Ｑの低下が抑えられるこ
とがわかった。

【００８３】上記のように、本実施の形態のノッチフィ
ルタに用いるキャビティは従来より小型化を実現しなが
ら、Ｑuの劣化を抑制するということができる。

【００８４】（表１）に示したキャビティの形状は、実
験に用いたキャビティの形状を示したものである。本発
明のキャビティにおいては、電磁界を閉じ込める直方体
のキャビティの形状が、ある特定の寸法関係をもつとき
にのみ前述の効果が得られる。多くの同様な実験の結
果、幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨの直方体形の金属製キャビ
ティおよび直径ｄ、高さｈの円柱形もしくは円筒形の誘
電体ブロックを用いた場合、キャビティの奥行きＤの誘
電体ブロックの直径ｄに対する比を１．３以上２．０以
下、キャビティの幅Ｗの誘電体ブロックの直径ｄに対す
る比を２．０以上４．０以下、キャビティの幅Ｗのキャ
ビティの奥行きＤに対する比を１．２以上２．５以下と
することにより、キャビティを直方体にする効果が顕著
となることがわかった。

【００８５】本実施の形態においては結合ループ１０７
を用いて誘電体ブロック１０５と電磁界結合させてい
る。他の結合方法として、図１６（ａ）および（ｃ）に
示す結合プローブ１６０１を用いた結合も使用できる。
さらに、図１６（ａ）に示すように、結合ループ１０７
または結合プローブ１６０１を金属製キャビティ１０１
の幅方向（Ｗの方向）に取り付けることにより、キャビ
ティ内の磁力線の分布が比較的高密度の領域で結合され
るので、密に結合させることができる。いっぽう、図１
６（ｂ）および図１６（ｃ）に示すように、結合ループ
１０７または結合プローブ１６０１を金属製キャビティ
１０１の奥行き方向（Ｄの方向）に取り付けることによ
り、キャビティ内の磁力線の分布が比較的低密度の領域
で結合されるので、結合度の微調整が容易となる。ま
た、結合ループ１０７は、厚さ０．３〜１ｍｍ、幅３〜
８ｍｍ程度の金属製の線を用い、金属製キャビティ１０
１にネジ止めすると、電気的にも機械的にもしっかりし
た固定ができる。

【００８６】図１７は、本実施の形態の直方体状の金属
製キャビティ１０１の構成方法の一例を示している。金
属製キャビティ１０１は、誘電体ブロック１０５の円周
方向に沿って、上下に長方形の開口部を有するように金
属板を折り曲げることで本体部材１７０２が構成され、
その本体部材１７０２の開口部が蓋部材１７０１および
底部材１７０３で塞がれている。ただし、必ずしも図１
７に描かれているように金属製キャビティ１０１の構成
部材を分ける必要はない。しかし、例えばＴＥ０１δモ
ードを用いるときには、誘電体ブロック１０５の円周方
向に交流電界が発生するので、金属製キャビティ１０１
のＱをより高くするには、キャビティ内を円周方向に流
れる交流電流を妨げない構成が好ましい。図１７に示し
た構成は、誘電体ブロック１０５の円周方向が本体部材
１７０２により一体構成されている。また、本体部材１
７０２を構成する際、板金で曲げた後の端部１７０６の
処理は、簡単な方法としてネジ止めでもよい。また、溶
接、半田鑞付け、銀鑞付けまたは噛み合わせで処理する
ことによって、端部１７０６における接触抵抗をより小
さくでき、それによってよりＱの高い共振器が実現でき
る。その他、図１７においては蓋部材１７０１、本体部
材１７０２および底部材１７０３をそれぞれ別の部材と
して構成したが、工程の簡略化を考慮して一体化して構
成しても良い。なお、本実施の形態において、金属製キ
ャビティ１０１は例えば板金でつくることができ、板金
であれば従来のへら絞り法等にくらべて容易にかつ安価
に作製することができる。

【００８７】図１８は本実施の形態における誘電体ノッ
チフィルタの構造を分解展開図として示している。図１
８において、１８０１および１８０２は金属製キャビテ
ィの底部材および天板部材、１８０３は伝送線路１０８
のハウジング構成部材、１８０４は入出力コネクタ１０
３の支持材となるコネクタスタンド、１８０５は金属製
キャビティ１０１に設けられた孔で、結合ループ１０７
を引き出すためのものである。金属製キャビティ１０１
では、その内部に結合ループ１０７を有し、結合ループ
１０７の一端は金属製キャビティ１０１に接地されてお
り、他端は孔１８０５から取り出されている。また、金
属製キャビティ１０１は、上下面にアスペクト比が１．
０〜２．０の長方形の開口部を有している。天板部材１
８０２には、各誘電体共振器のチューニングスクリュー
１０４を具備している。このような構成をもつ金属製キ
ャビティ１０１を同一の方向に並べ、金属製キャビティ
１０１とその上下の開口部を塞ぐように底部材１８０１
および天板部材１８０２とが一体化されている。ハウジ
ング構成部材１８０３は、伝送線路１０８の上下から挟
み込むことによってトリプレート型の高周波伝送線路の
遮蔽金属を構成しており、その内部には伝送線路１０
８、ｃ．ａ．ｌ．１０６およびリアクタンス素子１１０
が構成されている。ここでは一例として、リアクタンス
素子１１０として一端を接地した空芯コイルを用いた場
合を記載している。

【００８８】以上のような構成とすることにより、最低
限の部品数で以下の効果を得ることができる。

【００８９】１、前述した理由で高Ｑな金属製キャビテ
ィ１０１を構成することができる。

【００９０】２、低損失な伝送線路を実現することがで
きる。

【００９１】３、ｃ．ａ．ｌ．１０６を接続するポイン
トを変更することによって、共振器間のインバータを容
易に調整することができる。

【００９２】４、機械的に極めて堅牢である誘電体ノッ
チフィルタを構成することができる。

【００９３】また、図１８に示した金属製キャビティ１
０１構成方法の代わりに、図１９に示すように、個数分
の容量をもつ金属製本体部材１９０１に金属製の仕切板
１９０２を入れたのち、蓋部材１９０３で封止する構成
を用いることもできる。

【００９４】以上、本発明の実施の形態は、帯域阻止フ
ィルタについての説明であるが、本発明の金属製キャビ
ティ１０１の構造は、帯域通過フィルタなどにも適用可
能である。

【００９５】図２０は、帯域通過フィルタの構成の一例
として、その構成の概略を示している。ここでは、結合
ループ１０７と結合窓２００１を用いて構成している。
上記したように、結合ループ１０７の電磁界結合度調整
法、インピーダンス整合法および金属製キャビティ１０
１の構成法を用いることができ、同様な効果を得ること
ができる。なお、本実施の形態において、金属製キャビ
ティ１０１に周波数調整機構を設けることもできる。

【００９６】本実施の形態における周波数調整部材につ
いて図２１および図２２を参照しながら説明する。図２
１および図２２は本実施の形態における周波数調整部材
の構造を示している。図２１および図２２において、２
１０１は円板状の金属板で周波数調整部材２１０２と一
体化されている。２１０３および２２０１は中央にネジ
が切られたロックナット、２１０４はビスである。ここ
で、ロックナット２１０３には、ビス２１０４を通す貫
通孔が開けてあり、いっぽうロックナット２２０１につ
いては、ビス２１０４と螺合するネジが切られている。

【００９７】図２１に示した周波数調整機構の構造につ
いて説明する。本実施の形態においては、天板部材１８
０２に、ロックナット２１０３に開けられた貫通孔と一
致する位置にネジを切ってある。また、誘電体共振器の
共振周波数は、金属板２１０１を上下させることによっ
て調整することができる。本実施の形態では、周波数調
整部材２１０２に切られたネジと螺合するネジを、天板
部材１８０２に切ることによって、周波数調整部材２１
０２を回転して金属板２１０１を上下に動かすことを可
能にする。前述の方法で周波数を調整した後、ロックナ
ット２１０３を用いて周波数調整部材２１０２をロック
する。このとき、ロックナット２１０３と天板部材１８
０２の間に僅かな隙間（０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以
下）を開けた状態で、ロックナット２１０３の貫通孔と
天板部材１８０２の位置を合わせて、ロックナット２１
０３の上部からビス２１０４を取り付ける。ビス２１０
４をねじ込むことによって、ロックナット２１０３が押
さえられる力がはたらき、周波数調整部材２１０２を確
実にロックすることができる。

【００９８】図２２に示したもう一つの周波数調整機構
の構造について説明する。もう一つの周波数調整機構は
図２１で説明したものと基本的に同一である。しかし、
本調整機構においては、ロックナット２２０１にビス２
１０４と螺合するネジが切ってあり、周波数を調整した
後、ロックナット２２０１に切ってあるネジにビス２１
０４を通して締め付けることにより、ロックナット２２
０１に上向きに力が加わり、周波数調整部材２１０２を
確実にロックすることができる。

【００９９】本発明の実施の形態における誘電体ノッチ
フィルタについて、図１、図２および図３を参照しなが
ら回路中のパラメータの設定の方法について説明する。
各誘電体ノッチフィルタの共振周波数を、図２および図
３において左から、それぞれＦ１〜５として、Ｆ１〜５
および伝送線路１０８ａ〜ｄの値をそれぞれ数式７のよ
うに設定する。

【０１００】 Ｆ１＝ｆｏ Ｆ２＝ｆｏ＋ｄｆ１ Ｆ３＝ｆｏ−ｄｆ２ Ｆ４＝ｆｏ＋ｄｆ２ Ｆ５＝ｆｏ−ｄｆ１ ただし、０＜ｄｆ１＜ｄｆ２ ・・・（数式７） また、伝送線路１０８ａ〜ｄは、インピーダンスインバ
ータとして動作するが、インバータとして動作を決定す
るのは、それぞれの電気長である。より急峻な選択特性
を得るために、伝送線路１０８ａ〜ｄの電気長Ｅ１〜４
をそれぞれ数式８のように設定する。

【０１０１】 Ｅ１＝λ／４×（２×ｍ−１）＋ｄｅ１ Ｅ２＝λ／４×（２×ｍ−１）−ｄｅ２ Ｅ３＝λ／４×（２×ｍ−１）−ｄｅ３ Ｅ４＝λ／４×（２×ｍ−１）＋ｄｅ４ ただし、λは中心周波数の波長、ｍは自然数、ｄｅ１〜４はλ／８以下 の実数 ・・・（数式８） このように共振周波数を中心周波数に対して対称、か
つ、インバータとなる伝送線路１０８ａ〜ｄの電気長を
９０度（λ／４）からシフトさせて構成する。上記のよ
うに帯域阻止フィルタを構成すると、通過特性において
帯域内に等リップルの特性が得られ、さらに反射特性に
おいて帯域近傍に極を発生させることができる。その結
果、急峻なフィルタ特性を得ることができる。

【０１０２】すなわち、５段の共振器を用いた場合、急
峻なノッチフィルタ特性を得る方法は、数式７および数
式８に示す通りであり、言い換えると以下のようにな
る。１段目の共振器の共振周波数をフィルタ帯域の中心
周波数に、２段目の共振器の共振周波数を中心周波数よ
りｄｆ１だけ高く、４段目の共振周波数をｄｆ２だけ高
く設定し、５段目の共振器の共振周波数を中心周波数よ
りｄｆ１だけ低く、３段目の共振器の共振周波数をｄｆ
２だけ低く設定する。１段目と２段目の間および４段目
と５段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より
最大λ／８長くし、２段目と３段目の間および３段目と
４段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より最
大λ／８短くする。

【０１０３】一例として、減衰中心周波数８４５．７５
ＭＨｚ、減衰帯域１．１ＭＨｚ、減衰量２１ｄＢの帯域
阻止フィルタを設計した場合を数式９に示す。

【０１０４】 Ｆ１＝845.75MHz＝ｆｏ Ｆ２＝846.16MHz＝ｆｏ＋ｄｆ１ Ｆ３＝845.20MHz＝ｆｏ−ｄｆ２ Ｆ４＝846.31MHz＝ｆｏ＋ｄｆ２ Ｆ５＝845.36MHz＝ｆｏ−ｄｆ１ ただし、ｄｆ１＝0.40±0.02MHz ｄｆ２＝0.55±0.02MHz Ｑext１＝１２６３ Ｑext２＝１２３５ Ｑext３＝１７５２ Ｑext４＝３４９３ Ｑext５＝２０４６ Ｅ１＝１１７度＝λ／４＋３／４０λ Ｅ２＝ ７５度＝λ／４−λ／２４ Ｅ３＝ ８３度＝λ／４−７／３６０λ Ｅ４＝１３０度＝λ／４＋λ／９ ただし、λは中心周波数の波長 ・・・（数式９） ここで、Ｑｅｘｔ１〜５は図２および図３中に示してい
る誘電体共振器の外部Ｑであり、同図中、左の誘電体共
振器から順にＱｅｘｔ１、Ｑｅｘｔ２、Ｑｅｘｔ３、Ｑ
ｅｘｔ４、Ｑｅｘｔ５としている。以上の構成のときの
ノッチフィルタ特性の実測値として伝達特性（Ｓ２１）
および反射特性（Ｓ１１）をそれぞれ図２３（ａ）およ
び（ｂ）に示す。以上のように、ノッチフィルタを構成
すると、通過特性において帯域内に等リップルの特性が
得られ、さらに反射特性において帯域近傍に極（図２３
（ｂ）中のマーカ１と２との中間およびマーカ３と４と
の間に存在するディップ）、を発生させることができ
る。その結果、急峻なノッチフィルタ特性を得ることが
できる。

【０１０５】すなわち、５段の共振器を用いた場合、数
式３および数式４に示すように、１段目の共振器の共振
周波数をフィルタ帯域の中心周波数に、２段目の共振器
の共振周波数を中心周波数より高く、４段目の共振周波
数をさらに高く設定し、５段目の共振器の共振周波数を
中心周波数より低く、３段目の共振器の共振周波数をさ
らに低く設定すること、および１段目と２段目の間およ
び４段目と５段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇
数倍より最大λ／８長くし、２段目と３段目の間および
３段目と４段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数
倍より最大λ／８短くすることが、急峻なノッチフィル
タ特性を得る方法である。

【０１０６】本実施の形態によれば、フィルタを構成す
る伝送線路１０８のうち、電気長の短いインバータを構
成する部位（Ｅ２、Ｅ３）と電気長の長いインバータを
構成する部位（Ｅ１、Ｅ４）が、左右対称的に配置され
る。つまり、伝送線路１０８が構造的にフィルタ本体中
央に対し、ほぼ対称に位置する。片側だけが極端に長く
なったり短くなったりしないので、ｃ．ａ．ｌ．１０６
の標準的な長さ（約６０ｍｍ）で、伝送線路１０８と結
合ループとを接続し、さらに結合度を調整するのに都合
がよい。もし、インバータを構成する伝送線路１０８の
うち、長いものがフィルタ本体の中央に対して片寄る
と、ｃ．ａ．ｌ．１０６の標準的な長さでは、物理的に
結合ループ１０７と伝送線路１０８との接続が不可能と
なったり、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さを調節して結合度
を変えることが困難となったりする。本発明の実施の形
態において、結合ループの代わりに結合プローブを用い
ても良く、その場合でも同様な効果を得ることができ
る。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、部品点数が少なく機械
的信頼性の優れた誘電体共振器の電磁界結合度調整法を
提供することができる。

【０１０８】また、簡単な構造で理想的なインピーダン
ス特性をもつ誘電体共振器を実現することができ、誘電
体ノッチフィルタの設計および構成が容易となる。

【０１０９】また、少ない部品点数で機械的電気的に優
れた誘電体ブロックの支持方法を得ることができる。

【０１１０】また、小型でかつＱの高い金属製キャビテ
ィを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィ
ルタの外観図

【図２】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィ
ルタの内部構造図

【図３】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィ
ルタの等価回路図

【図４】直列共振回路に並列にリアクタンス素子を接続
した等価回路図

【図５】図４の回路において、リアクタンス素子のリア
クタンス値を変化させたときの、反射特性および伝達特
性を示す図

【図６】伝送線路に直列共振回路が接続されたときの等
価回路図

【図７】誘電体共振器のインピーダンスの周波数特性を
スミスチャート（ＳｍｉｔｈＣｈａｒｔ）上に示した図
であり、同時に共振周波数および外部Ｑ値Ｑｅｘｔを求
めるための周波数を示した図

【図８】実験に用いた誘電体共振器の回路を示す図

【図９】実験に用いた誘電体共振器の等価回路を示す図

【図１０】誘電体共振器の等価回路パラメータのインダ
クタンス値Ｌとｃ．ａ．ｌ．の長さＥｃとの関係を説明
する図

【図１１】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１
０６の構成法の一例を示す図

【図１２】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１
０６の構成法の一例を示す図

【図１３】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１
０６の構成法の一例を示す図

【図１４】本発明の実施の形態における誘電体ブロック
の保持方法の断面図

【図１５】本発明の実施の形態における金属製キャビテ
ィおよび誘電体ブロックの形状を示す図

【図１６】本発明の実施の形態における結合ループおよ
び結合プローブの構成位置の一例を示す図

【図１７】本発明の実施の形態における金属製キャビテ
ィの構成方法の一例を示す図

【図１８】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフ
ィルタの構造の一例を示す図

【図１９】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフ
ィルタの構造の一例を示す図

【図２０】本発明の実施の形態における帯域通過フィル
タの構成の一例を示す図

【図２１】本発明の実施の形態における周波数調整機構
の構造の一例を示す図

【図２２】本発明の実施の形態における周波数調整機構
の構造の一例を示す図

【図２３】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフ
ィルタのフィルタ特性図

【図２４】（ａ）は、従来の誘電体ノッチフィルタの上
面図 （ｂ）は、従来の誘電体ノッチフィルタの側面図

【図２５】従来の誘電体ノッチフィルタの内部構成図

【図２６】従来の誘電体共振器の電磁界結合機構の詳細
図

【符号の説明】

１０１ａ〜ｅ 金属キャビティ １０２ 伝送線路のハウジング １０３ 入出力ポート １０４ａ〜ｅ チューニングスクリュー １０５ａ〜ｅ 誘電体ブロック １０６ａ〜ｅ 結合調整線路（ｃ．ａ．ｌ．） １０７ａ〜ｅ 結合ループ １０８ａ〜ｅ 伝送線路 １０９ａ〜ｅ 支持部材 １１０ａ〜ｅ リアクタンス素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠中 雅巳 京都府京田辺市大住浜55番12号 松下日東 電器株式会社内 (72)発明者 坂 裕二 京都府京田辺市大住浜55番12号 松下日東 電器株式会社内 (72)発明者 中村 俊昭 京都府京田辺市大住浜55番12号 松下日東 電器株式会社内 Ｆターム(参考） 5J006 HC03 HC12 HC23 HC25 JA02 LA02 LA11 LA18 LA21 LA24 LA26 MA01 MB01 MB03 NA02 NA08 ND00 NE03 NE13 NE15 PA01 PA03 PA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャビティと、前記キャビティ内に固定さ
   れた誘電体ブロックと、前記キャビティ内に形成される
   電磁界に結合される結合素子とを備えた誘電体共振器で
   あって、前記誘電体ブロックには貫通孔が形成され、前
   記貫通孔には誘電体から形成された固定軸が通され、前
   記固定軸の一端は押さえ具で前記キャビティに留められ
   ていることを特徴とする誘電体共振器。
2. 【請求項２】誘電体ブロックはＴＥモードで共振し、貫
   通孔が伝搬軸方向と平行に設けられていることを特徴と
   する請求項１記載の誘電体共振器。
3. 【請求項３】固定軸にねじが切られ、押さえ具が樹脂製
   ナットであることを特徴とする請求項１記載の誘電体共
   振器。
4. 【請求項４】樹脂製ナットに、貫通孔と嵌合する凸部が
   設けられていることを特徴とする請求項３記載の誘電体
   共振器。
5. 【請求項５】樹脂製ナットと誘電体ブロックとの間に、
   貫通孔と嵌合する凸部が設けられた樹脂製ワッシャが挟
   まれていることを特徴とする請求項３記載の誘電体共振
   器。
6. 【請求項６】貫通孔の直径が固定軸の直径より大きく、
   誘電体ブロックと前記固定軸との間に隙間が設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器。
7. 【請求項７】固定軸に、貫通孔が設けられた支持台が通
   され、誘電体ブロックが前記支持台により支持されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器。
8. 【請求項８】誘電体で形成されたボルトと、貫通孔を有
   するボルト押さえ板と、前記貫通孔を有する支持台と、
   前記貫通孔を有する誘電体ブロックと、キャビティを具
   備し、前記ボルトに前記ボルト押さえ板と前記支持台と
   前記誘電体ブロックとが順番に通しナットで留められて
   共振器ユニットが構成されると共に、前記共振器ユニッ
   トが前記キャビティに固定されていることを特徴とする
   誘電体共振器。
9. 【請求項９】共振器ユニットが取り付けられるキャビテ
   ィの部分の厚さが、ボルトの頭部より厚く、前記ボルト
   の頭部を通す開口部が設けられ、ボルト押さえ板で前記
   開口部が塞がれていることを特徴とする請求項８記載の
   誘電体共振器。
10. 【請求項１０】直径ｄ、高さｈの円柱形または円筒形の
    誘電体ブロックと、幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨの直方体形
    の金属製キャビティを具備し、前記誘電体ブロックは前
    記金属製キャビティの中央部近傍に保持され、奥行きＤ
    の直径ｄに対する比が1.3以上2.0以下、幅Ｗの直径ｄに
    対する比が2.0以上4.0以下、幅Ｗの奥行きＤに対する比
    が1.2以上2.5以下であることを特徴とする誘電体共振
    器。
11. 【請求項１１】金属製キャビティの内部において、幅Ｗ
    と高さＨで規定される前記金属製キャビティの２つの面
    のいずれか、または各々の面と誘電体ブロックとの間に
    少なくとも一つの結合ループまたは結合プローブが設け
    られ、前記誘電体ブロックと電磁界結合されていること
    を特徴とする請求項１０記載の誘電体共振器。
12. 【請求項１２】金属製キャビティの内部において、奥行
    きＤと高さＨで規定される前記金属製キャビティの２つ
    の面のいずれか、または各々の面と誘電体ブロックとの
    間に少なくとも一つの結合ループまたは結合プローブが
    設けられ、前記誘電体ブロックと電磁界結合されている
    ことを特徴とする請求項１０記載の誘電体共振器。
13. 【請求項１３】誘電体ブロックの円周方向が金属帯によ
    って上下に長方形の開口部をもつように取り囲まれ、前
    記金属帯の両端が溶接、半田鑞付け、銀鑞付けまたは噛
    み合わせによって接合され、金属製キャビティが構成さ
    れていることを特徴とする請求項１０記載の誘電体共振
    器。
14. 【請求項１４】請求項１０記載の誘電体共振器が、奥行
    きＤ方向に並べて固定されており、前記誘電体共振器の
    間が電気的に接続されていることを特徴とする誘電体フ
    ィルタ。